Один мозг хорошо, а три – лучше



Три макаки, отвечающие за разные направления движения виртуальной руки, совместными усилиями двигали на экране монитора модель мяча.

Несколько мозгов, объединённые в сеть, работают лучше, чем поодиночке – по крайней мере, у крыс и обезьян.

Исследователи из Университета Дьюка под руководством Мигеля Николелиса (Miguel A.L. Nicolelis) в буквальном смысле воплотили в жизнь известную пословицу о том, что одна голова – хорошо, а две – лучше: в одном эксперименте они объединили между собой мозги трёх обезьян, в другом – мозги четырёх крыс. Такие межмозговые сети лучше справлялись с когнитивными задачами, по крайней мере, с теми, которые им предлагали нейробиологи.

Здесь стоит напомнить, что лаборатория Мигеля Николелиса давно занимается тем, что можно назвать созданием нейрокомпьютерного интерфейса – иными словами, он и его сотрудники пытаются наладить связь между мозгом и электронным устройством. Такое электронное устройство, в свою очередь, может принадлежать искусственной конечности, или, например, передавать сигналы в другой мозг. За последние годы исследователям удалось добиться воистину впечатляющих результатов. Вот лишь некоторые из них: несколько лет назад Николелис и его группа сконструировали нейроимплантат, позволяющий обезьяне двигать механической рукой и, более того, получать от неё тактильные ощущения. Затем нейрокомпьютерный интерфейс научили справляться с двумя руками – эта задача оказалась сложнее, чем в случае «одноручного» устройства, потому что скоординированная работа конечностей подчиняется другим сигналам, нежели работа рук по отдельности. Эксперименты проводили на обезьянах, а сами руки были виртуальными, однако в данном случае задачей нейробиологов было не сконструировать саму руку (эту задачу можно назвать второстепенной), а расшифровать двигательные и координационные сигналы мозга и перекодировать их в язык, понятный компьютеру.

А если приёмником сигналов сделать не руку, а другой организм? Например, может ли крыса с помощью нейрокомпьютерного переводчика приказать другой крысе пошевелить лапой или хвостом? Такой эксперимент поставили, а его результаты были опубликованы в Scientific Reports в 2013 году: специальный имплантат, вживлённый в соматосенсорную кору, передавал сигналы между животными, одно из которых находилось в США, в лаборатории Университета Дьюка, а второе – в Бразилии.

Логично, что следующим этапом стало, грубо говоря, добавить мозгов, а заодно усложнить задачу: чтобы не один приказывал другому, а чтобы они вместе трудились над общей целью. Для этого трём макакам резуса сначала вживили в мозг устройство, позволяющее считывать активность нескольких сотен моторных нейронов (тех, которые управляют движениями). Независимо друг от друга все три обезьяны учились управлять трёхмерной моделью руки на экране монитора: нужно было только представить, то или иное движение, как виртуальная конечность начинала двигаться – считывающее устройство в мозге переводило язык нейронных импульсов в команды компьютеру. А затем всех трёх подключили к одной «руке», причём так, чтобы каждой досталось два из трёх измерений движения (то есть одна контролировала движение по осям X и Y, вторая – по Y и Z, третья – по X и Z), и чтобы вклад по каждой оси был равен 50%. То есть движение виртуальной руки, скажем, по вертикали контролировалось сразу двумя животными, но – на равных условиях.

Мозги не были соединены напрямую, никаких проводов от одного черепа другому не протягивали, обезьяны соединялись через общий нейрокомпьютерный «джойстик». Тем не менее, как пишут Николелис и его коллеги в свежей статье в Scientific Reports, активность мозга у приматов синхронизировалась между собой, так, чтобы побыстрее можно было достичь цели – дотронуться виртуальной конечностью до виртуального мяча. Им удавалось совершить желаемое даже тогда, когда одну из обезьян отвлекали. Иными словами, нейробиологам удалось доказать, что объединение нескольких центральных нервных систем на электронной платформе вполне осуществимо – элементы мозговой сети смогут «договориться» между собой ради общей цели, а сама сеть будет вполне устойчива к дефектам: например, если один из элементов по какой-то причине выпадет из процесса. Можно предположить, что устойчивость её будет расти вместе с масштабом: сеть, объединяющая десятки, сотни и тысячи узлов вряд ли даже почувствует отсутствие пары-тройки функциональных единиц.

Ну а если всё-таки напрямую соединить мозги? Такой опыт описан в ругой статье, вышедшей в Scientific Reports параллельно с предыдущей – правда, в этом случае экспериментировали не с приматами, а с крысами. Исследователи могли посылать с мозг животных импульсы и считывать активность, которую импульсы будили в мозговых нейронах всех подопытных. Сначала крысы просто должны были синхронизировать активность собственного мозга с тем, что они чувствовали в мозгах другого – их нейроны должны были начать работать сходным образом (хотя раздражающий импульс получала только одна из крыс). Затем задачу меняли: импульсы, которые транслировались в крысиный мозг, делалась чаще либо реже, что соответствовало изменениями в окружающем микроклимате – температура воздуха или давление повышались или понижались, как если бы скоро должен был начаться дождь, или, наоборот, должно было проясниться. От животных требовалось сопоставить полученную информацию о температуре и давлении и предсказать вероятность дождя.

Оказалось, что в одиночку крысы справлялись с задачей хуже, чем вместе. То есть если сведения о «климатических изменениях», закодированные в серии импульсов, распределялись между четырьмя мозгами, то крысы точнее угадывали, пойдёт ли в лаборатории дождь или нет. Очевидно, это происходило благодаря взаимно синхронизированной активности всех четырёх нервных систем – информация подвергалась более тщательному анализу.

Разумеется, новые результаты заставили вспомнить все возможные страхи, порождённые научно-(и не очень научно-)фантастическим произведениями на тему коллективного разума; одним из самых популярных стало сравнение нейрообъединённых обезьян и крыс с Коллективом Борг из «Звёздного Пути». Однако, по словам самого Мигеля Николелиса, он не верит в вот такое прямое объединение личностного опыта, эмоций, памяти, в возможность объединения и «переливания» личностей из одного мозга в другой. Как ни парадоксально, он вообще является одним из самых больших скептиков относительно идеи создания электронного мозга: по его мнению, в обозримом будущем сымитировать мозг нам не удастся. Мы сможем посылать сигналы прямо в мозг, сможем расширить воспринимающие способности мозг, сможем усовершенствовать электронно-нейронные интерфейсы, но воспроизвести нейронное в электронном вряд ли удастся. Проблема в том, что сложность мозга состоит не только и не столько в комбинации миллиардов клеток и триллионов межклеточных соединений, но и в особенностях взаимодействия между нейронами – их не всегда можно однозначно предсказать, а такое вероятностное устройство вряд ли возможно воплотить в кремнии.

Тем не менее, пусть объединение нервных систем остаётся низкоуровневым, потенциал такого «слияния мозгов» всё же весьма велик. Например, если перевести разговор в практическую, медицинскую плоскость, то скажем, объединение нейронных сигналов здорового человека и больного, перенесшего инсульт, может помочь быстро восстановить некоторые функции мозга, от двигательных до речевых. 

Кирилл Стасевич

Источник: www.nkj.ru



войдите Vkontakte Yandex

Комментарии 0

    Выделите опечатку и нажмите Ctrl + Enter, чтобы отправить сообщение об ошибке.